自然科學是研究自然界的物質形態(tài).doc

自然科學是研究自然界的物質形態(tài)、結構、性質和運動規(guī)律的科學。它包括數(shù)學、物理學、化學、天文學、氣象學等基礎科學和農(nóng)業(yè)科學、生物學、醫(yī)學、材料科學等實用科學，是人類改造自然的實踐經(jīng)驗即生產(chǎn)斗爭經(jīng)驗的總結。它的發(fā)展取決于生產(chǎn)的發(fā)展。 原始社會中，人類對自然界的斗爭，因生產(chǎn)工具簡單、粗笨，還受到原始宗教及其他意識的影響，自然科學的發(fā)展是緩慢的。不過，人類取得的每一個科技進步，都推動了生產(chǎn)的發(fā)展，同時又促進自然科學知識的不斷積累，預示著科技的新突破。因此，盡管當時的人們尚處于蒙昧與野蠻狀態(tài)，但他們在與自然界的斗爭中，以辛勤的勞動與聰明和智慧，不斷地推動著科學技術的發(fā)展。 我國古代居民對天文學知識的認識與探索有著悠久的歷史。早在舊石器時代，我們的祖先就已注意到暑往寒來的變化，月亮的盈虧圓缺，各種動物的活動規(guī)律，植物的生長與成熟的周期等等，并且逐漸摸索到它們的規(guī)律性。因此，差不多與進入新石器時代同時，農(nóng)業(yè)與家畜飼養(yǎng)業(yè)便出現(xiàn)了。以后，人們?yōu)槭罐r(nóng)作物的生長不誤農(nóng)時，迫切需要掌握季節(jié)變化的規(guī)律。這就促使天文與歷法知識的產(chǎn)生。從考古學提供的材料表明，可能在新石器時代早期，人們已經(jīng)有意識地觀測天象了，并用以確定方位、時間與季節(jié)。 方位的確定對人們的生產(chǎn)、生活有著重要的意義，所以人們很早就掌握了方位的辨別知識。他們從日出、日落及日落后北斗等星體出現(xiàn)的規(guī)律中探索出東、南、西、北的不同方位。他們在營造房舍、埋葬死者時，都注意到朝向。例如住房的朝向大多選擇南向；同一個墓地，甚至同一個考古學文化的不同墓地中，絕大多數(shù)死者的頭都朝著同一個方向。雖然其中有些朝向與正方向（正南、正北等）略有偏差，但基本方向都是不變的（少數(shù)不同方向的墓葬，應與死因有關）。如西安半坡墓地中墓葬的排列十分整齊，它們的方向基本一致，略有偏差者也與正西方向相差不超過 20u12290X在年代更早的新鄭裴李崗墓地清理的 114 座墓葬，均為長方形豎穴墓，排列密集，很有規(guī)律，所有頭向均朝南或稍偏西。這些事例說明，距今 8000 年前的人們就已基本掌握了定向的方法。 季節(jié)的確定，大概是根據(jù)物候現(xiàn)象掌握農(nóng)時而引發(fā)的。因為我國大部分地域地處溫帶，四季的變化比較明顯：春暖花開之時，隨著布谷鳥的啼鳴，人們開始播種；到了深秋，大地一片金黃，許多谷物都成熟了，人們進行收割；動物中的候鳥，如燕子春來秋去與大雁有規(guī)律的回歸。自然界中如此年復一年的周期變化，使人們將寒往暑來、春華秋實與候鳥的有規(guī)律活動聯(lián)系起來，尋找其間的變化規(guī)律，從而推定出農(nóng)牧的時節(jié)。史前時期先民大概還缺乏春夏秋冬四季的明確概念，但是對農(nóng)牧業(yè)的時節(jié)，則有了越來越多的認識。人們對天象的觀測與探究，推進了天文知識的積累和天文學的出現(xiàn)。古代先民最早注意的星，大概是北斗七星。也有人說最早觀測的星是紅色亮星“大火”（心宿二）。傳說在顓頊時代就有“火正”官，負責觀測“大火”，以它的出沒來指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。據(jù)推算，公元前 2400 年左右，黃昏時在地平線上見到“大火”時，正是春分前后，時值春播時節(jié)。像這樣以觀測天象來確定四時節(jié)令的方法，叫做“觀象授時”。 相傳黃帝時代已有了歷法。帝堯時派天文官到東、南、西、北方去觀測天象等等，都反映了古代先民對天象觀測的重視。這些傳說雖然還缺乏實物證明，但是，在新石器時代晚期出現(xiàn)原始的歷法是完全有可能的。 遠古時代的先民，在生活中已經(jīng)注意到事物的數(shù)量與形狀，但對數(shù)的概念是不清楚的。在分配與交換過程中，人們還不能確切地去判別多與少的差別。人們還不掌握 1、2、3、4這些自然數(shù)的概念。交換是按照需要與意愿進行的，這是人類發(fā)展進程中必然要經(jīng)歷的一個過程。 到了新石器時代中期，可能出于記事或交換的需要，開始出現(xiàn)了刻劃符號。距今 7000 年前的舞陽賈湖出土的龜甲上和七孔骨笛上都有刻劃符號。骨笛上所刻的符號在孔的旁邊。經(jīng)過測試，這支骨笛的 7 個音孔各發(fā)一音，組成一個完整的音階結構。而孔旁的符號作為等分的記號，反映了設計和制作這支骨笛的過程中的計算過程。因此有人認為它反映了 7000 年前的先民對數(shù)的認識。仰韶文化和年代稍晚的馬家窯文化的彩陶缽口沿上也發(fā)現(xiàn)了各種刻劃符號，據(jù)統(tǒng)計，總數(shù)有 50 多種。在龍山時期及稍后的考古學文化中也多有發(fā)現(xiàn)。傳說古代有“結繩記事”、“契木為文”的時期，可能這些符號就已含有一定內(nèi)容的記錄刻符。所以，這些符號既有可能是我國古代文字的起源，也可能是數(shù)的起源。如果和商周時期的甲骨文或金文相比較，其中不少刻符與金文、甲骨文中的數(shù)字是一致或相似的，如一、二、三、五、十等等。有人提出仰韶文化的先民已具備了一、二、三八的數(shù)的概念。 人們對形的認識也很早。當他們制作不同用途的工具時，無論是背厚刃薄的刀、斧，尖銳鋒利的針、錐，還是滾圓的石球，或彎彎的木弓等等，都說明人們對各種幾何圖形有了認識，并加以應用。仰韶文化中，陶器的器形及其紋樣，清楚地反映了人們對圓形、橢圓形、方形、菱形、弧形、三角形（包括等邊三角形、直角三角形）、五邊形、八角形等幾何圖形已具有明確的概念。同時，在幾何圖形的對稱、圓弧的等分等方面都有許多實例。大溪文化中出土的空心陶球，球面上用三組一股的篦紋劃出彼此相交的 6 個“米”字紋。在一個圓球表面進行刻劃與分割，放置 6 個“米”字紋，若無一定的數(shù)學知識和計算能力是很難想象的。這些實例都說明仰韶文化與大溪文化的先民對數(shù)與幾何圖形的認識已達到一定水平。 正是人們對這些幾何圖形有了認識，因此，在當時的生產(chǎn)與生活實踐中，大到建造房舍，小到制作工具、飾品，或者裝飾圖樣的設計與記事符號的刻劃，都能很好地體現(xiàn)方、圓、平、直的要求。如有些平面為方形的房屋，它的四邊相等，木柱的對稱和平行的排列。河姆渡遺址中發(fā)現(xiàn)的木構件，其梁柱與榫卯的受拉、受壓都符合力學要求。彩繪花紋中所繪的直角三角形、菱形圖案與人面比例的合理、勻稱等等，都說明當時很可能已經(jīng)掌握了繪劃方、圓、平、直的方法與簡單的工具。這種工具可能就是最早的規(guī)矩。 編輯本段各領域介紹數(shù)學數(shù)學是研究數(shù)量、結構、變化以及空間模型等概念的一門學科。透過抽象化和邏輯推理的使用，由計數(shù)、計算、量度和對物體形狀及運動的觀察中產(chǎn)生。數(shù)學家們拓展這些概念，為了公式化新的猜想以及從合適選定的公理及定義中建立起嚴謹推導出的真理。 很多人認為數(shù)學只屬于邏輯學，這是錯誤的，數(shù)學屬于自然科學，從自然科學的誕生開始就和數(shù)學緊密聯(lián)系。從牛頓的自然哲學的數(shù)學原理一書的名字就可以很好的說明。數(shù)學分為基礎數(shù)學和應用數(shù)學兩部分，基礎數(shù)學絕對是自然科學，具有自然科學的性質，1+1=2是客觀事實，不是邏輯推導。應用數(shù)學則是把某些事物用數(shù)學模型來套，并不一定符合客觀事實，這也是很多人認為數(shù)學不屬于自然科學的原因?？墒菙?shù)學的本質是基礎數(shù)學層面的。所以數(shù)學屬于自然科學。 物理學物理(physics)是研究物質結構、物質相互作用和運動規(guī)律的自然科學。是一門以實驗為基礎的自然科學,物理學的一個永恒主題是尋找各種序（orders）、對稱性（symmetry）和對稱破缺（symmetry-breaking）、守恒律（conservation laws）或不變性（invariance）。 化學化學（chemistry）是研究物質的組成、結構、性質、以及變化規(guī)律的科學。世界是由物質組成的，化學則是人類用以認識和改造物質世界的主要方法和手段之一，它是一門歷史悠久而又富有活力的學科，它的成就是社會文明的重要標志。 天文學天文學(Astronomy)是研究宇宙空間天體、宇宙的結構和發(fā)展的學科。內(nèi)容包括天體的構造、性質和運行規(guī)律等。主要通過觀測天體發(fā)射到地球的輻射，發(fā)現(xiàn)并測量它們的位置、探索它們的運動規(guī)律、研究它們的物理性質、化學組成、內(nèi)部結構、能量來源及其演化規(guī)律。 地球科學地球科學是以地球系統(tǒng)(包括大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈和日地空間)的過程與變化及其相互作用為研究對象的基礎學科。主要包括地理學(含土壤學與遙感)、地質學、地球物理學、地球化學、大氣科學、海洋科學和空間物理學以及新的交叉學科（地球系統(tǒng)科學、地球信息科學）等分支學科。 生命科學生命科學是研究生命現(xiàn)象、生命活動的本質、特征和發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，以及各種生物之間和生物與環(huán)境之間相互關系的科學。用于有效地控制生命活動，能動地改造生物界，造福人類生命科學與人類生存、人民健康、經(jīng)濟建設和社會發(fā)展有著密切關系，是當今在全球范圍內(nèi)最受關注的基礎自然科學。 心理學心理學(Psychology)是研究人和動物心理現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展和活動規(guī)律的一門科學。心理學既研究動物的心理（研究動物心理主要是為了深層次地了解、預測人的心理的發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律）也研究人的心理，而以人的心理現(xiàn)象為主要研究對象。 編輯本段研究方法科學實驗法科學實驗、生產(chǎn)實踐和社會實踐并稱為人類的三大實踐活動。實踐不僅是理論的源泉，而且也是檢驗理論正確與否的惟一標準，科學實驗就是自然科學理論的源泉和檢驗標準。特別是現(xiàn)代自然科學研究中，任何新的發(fā)現(xiàn)、新的發(fā)明、新的理論的提出都必須以能夠重現(xiàn)的實驗結果為依據(jù)，否則就不能被他人所接受，甚至連發(fā)表學術論文的可能性都會被取締。即便是一個純粹的理論研究者，他也必須對他所關注的實驗結果，甚至實驗過程有相當深入的了解才行。因此，可以說，科學實驗是自然科學發(fā)展中極為重要的活動和研究方法。 數(shù)學方法數(shù)學方法有兩個不同的概念，在方法論全書中的數(shù)學方法指研究和發(fā)展數(shù)學時的思想方法，而這里所要闡述的數(shù)學方法則是在自然科學研究中經(jīng)常采用的一種思想方法，其內(nèi)涵是；它是科學抽象的一種思維方法，其根本特點在于撇開研究對象的其他一切特性，只抽取出各種量、量的變化及各量之間的關系，也就是在符合客觀的前提下，使科學概念或原理符號化、公式化，利用數(shù)學語言（即數(shù)學工具）對符合進行邏輯推導、運算、演算和量的分析，以形成對研究對象的數(shù)學解釋和預測，從而從量的方面揭示研究對象的規(guī)律性。這種特殊的抽象方法，稱為數(shù)學方法。 系統(tǒng)科學方法系統(tǒng)科學是關于系統(tǒng)及其演化規(guī)律的科學。盡管這門學科自20世紀上半葉才產(chǎn)生，但由于其具有廣泛的應用價值，發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已成為一個包括眾多分支的科學領域。它包括有：一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、系統(tǒng)工程、大系統(tǒng)理論、系統(tǒng)動力學、運籌學、博弈論、耗散結構理論、協(xié)同學、超循環(huán)理論、一般生命系統(tǒng)論、社會系統(tǒng)論、泛系分析、灰色系統(tǒng)理論等分支。這些分支，各自研究不同的系統(tǒng)。自然界本身就是一個無限大、無限復雜的系統(tǒng)，在自然界中包括著許許多多不同的系統(tǒng)，系統(tǒng)是一種普遍存在。一切事物和過程都可以看作組織性程度不同的系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)科學的原理具有一般性和較高的普遍性。利用系統(tǒng)科學的原理，研究各種系統(tǒng)的結構、功能及其進化的規(guī)律，稱